农田水利学优秀课程设计.doc

课程设计说明书课程名称：农田水利学题目名称：Q灌区浇灌系统计划设计姓名： 学号：指导老师：农田水利学课程设计 灌区浇灌系统任务书一、目标要求经过本设计，要求学生掌握作物浇灌制度制订；灌水率图绘制和修正；首部、干渠、支渠及骨干排水沟和关键渠系建筑物计划设计；经典支渠各级渠道设计流量及浇灌水利用系数推求；推算其它各支渠渠首及干渠各段设计流量；干渠纵横断面设计，使学生初步掌握浇灌系统计划设计内容和步骤。二、基础资料2.1概况灌区在界荣山以南，马清河以北，（20m等高线以下）总面积约12万亩。气候温和，无霜期长，适宜于农作物生长。年平均气温16.5，多年平均蒸发量1065mm，多年平均降水量1112mm，灌区地形图见附图。灌区人口总数约8万，劳动力1.9万。申溪以西属兴隆乡，以东属大胜乡。依据农业计划，界荣山上以林、牧、副业为主，马头山以林为主，20m 等高线以下则以大田作物为主，种植稻、麦、棉、豆等作物。 灌区上游土质属重粘壤土，下游龙尾河一带属中粘壤土。地下水埋深通常为45m,土壤及地下水PH值属中性，无盐碱化威胁。 界荣山 、龙尾山等属土质丘陵，表土属重粘壤土，地表56m以下为岩层，申溪及吴家沟等沟溪全部有岩石露头，马头山陈村以南至马清河边岩石遍布地表。吴家沟等沟溪纵坡较大，下切较深，通常为78m，上游宽5060m，下游宽7090m，遇暴雨时易暴发洪水，多年来已在各沟、溪上游修建多处小型水库，山洪已基础得到控制，对灌区无威胁。 灌区为马清河流域计划组成部分。依据计划要求，已在兴隆峪上游20km处（图外）建大型水库一座，坝顶高程50.2m，正常水位43.0m，兴利库容1.21,总库容2.31。马清河灌区拟在该水库下游断面处修建拦河坝式取水枢纽，引取水库水发电则利用尾水进行浇灌。断面处河底高程30m，砂、卵石覆盖层厚2.5m，下为基岩，河道比降1/100，河底宽82m，河面宽120m。水库所供之水水质良好，含沙量极微，水量亦能完全满足灌区用水要求。2.2气象 依据当地气象站资料，设计中等干旱年（相当于1972年）411月水面蒸发量（80cm口径蒸发皿）及降水量见表1及表2。表1 设计年蒸发量统计月 份4567蒸发量（mm）97.5118.0143.7174.9月 份891011蒸发量（mm）196.5144.7101.175.6表2 设计年降水量统计日月 份4567891017.64.6212.717.418.533.41.98492.055.31.210.864.87.92.878.628.582.5919.1103.6112.52.1121.96.4137.52.31412.11.91.91510.0166.04.83.532.81725181.3191.6204.312.612211.818.5222.110.649.22.53.6231.410.74.52435.47.4256.2262271.1281.53.729307.7313.6月计72.9109107.840.525.0381042.3种植计划及浇灌经验灌区以种植水稻为主，兼有少许旱作物，多种作物种植百分比见表3。表3 作物种植百分比作 物旱稻中稻双季晚稻棉花种植百分比（%）50284517依据该地域浇灌试验站观察资料，设计年（1972）早稻及棉花基础观察数据如表4及表5所表示；中稻及晚稻丰产浇灌制度列于表6。表4 早稻试验基础数据生 育 阶 段复苗分蘖前分蘖后孕穗抽穗乳熟黄熟全生育期起止日期（日/月）25/44/55/514/515/51/62/616/617/630/61/711/712/720/725/420/7天 数101018151411987模比系数（%）78182521138100田间许可水层深（mm）10-30-5010-40-8020-50-9020-50-10020-50-9010-40-50湿润渗透强度（mm/d）1.31.31.31.31.31.31.3注：全生育期需水系数a=1.0。表5 棉花试验基础数据生 育 阶 段幼苗期现蕾期开花结铃期吐絮期全生育期起止日期（日/月）21/416/617/628/729/726/827/86/1121/46/11模比系数（%）18302428100地下水补给量占作物需水量（%）10202225计划湿润层深（m）0.40.50.50.60.60.70.7注：计划产量120kg；需水系数k=2.67m3/kg；土壤空隙率为48%（占土体%）；土壤适宜含水率上限为88%，下限为61.6%（占空隙%）；田间最大持水率为88%（占空隙%）；播种时，计划层土壤储水量为102m3/亩。三、设计内容3.1依据基础资料用水量平衡法（列表计算）制订早稻及棉花浇灌制度，提议编程计算或利用Excel计算。3.2依据所制订早稻及棉花浇灌制度和表6所给出中稻及双季晚稻浇灌制度资料，编制全灌区灌水率图，并进行修正，使其符合要求。在制订灌水率图时，提议采取一次灌水延续时间以下：早、中稻泡田812昼夜；双季晚稻泡田57昼夜；各类水稻生育内一次灌水延续时间35昼夜。棉花生育期内一次灌水延续时间510昼夜。表6 中稻、双季晚稻设计年丰产浇灌制度中稻双季晚稻灌水次序灌水时间（日/月）灌水定额（/亩）灌水次序灌水时间（日/月）灌水定额（/亩）1（泡田）7/5751（泡田）21/770226/525227/71534/62531/825410/63047/825520/630512/82562/730623/83078/730727/830814/730831/830922/73096/9301029/7251012/9301110/8201119/9301230/920浇灌定额 350（/亩）浇灌定额 360（/亩）附注：早稻泡田日期为4月13日，定额为：80m3/亩。3.3确定渠首枢纽位置及形式。在1/25000地形图上部署引水干渠、支渠，和关键渠系建筑物。在灌区中部选择一条支渠部署斗、农级渠道。3.4推算经典支渠各级渠道设计流量及浇灌水利用系数(田间水利用系数取0.92)；推算其它各支渠渠首及干渠各段设计流量。3.5设计干渠各段纵横断面及经典支渠纵横断面，干、支渠采取浆砌石衬砌梯形断面。3.6设计经典斗渠和经典农渠横断面，斗、农渠采取混凝土衬砌矩形断面。四、设计结果4.1设计说明书2030页（手写，字体工整）。要求说明设计步骤、依据理论、采取公式或方法，必需时将计算结果列入表格(设计说明书中包含早稻及棉花浇灌制度相关图表，修正前后灌水率图)。4.2设计图纸包含浇灌系统计划部署图。干渠纵、横断面图，和支、斗、农渠横断面图（共2张，均为A3图幅、CAD绘图）。Q灌区浇灌系统计划设计计算书一、 早稻浇灌制度制订1、 先求出水稻全生育期需水量日蒸发量=月总蒸发量天数算出每个月份占生育期天数，再由某月日蒸发量和某月占生育期天数乘积，得到全生育期在某月蒸发量，然后再把各个月份在生育期蒸发量相加既得整个生育期蒸发量，由全生育蒸发量乘以全生育期需水系数既得全生育期需水量。2、 求出水稻日耗水量各生育阶段作物需水量为：3、 确定水稻浇灌制度Q灌区设计年早稻生育期浇灌制度计算表(单位：mm)日期生育期设计淹灌水层逐日耗水量逐日降雨淹灌水层改变灌水量排水量月日（1）(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)4242025复苗10-30-504.115.902611.802727.7200281.525.10292103016.905112.80228.720033.42804925065.95分蘖前10-40-804.51.246.7067.950.10728.574.10869.60965.101060.60112.558.60126.460.50135601451.5015分蘖后20-50-905.246.3016647.101724.566.401861.20195602050.802145.602210.65102310.756.502451.302546.102640.90271.136.80283.735.302930.103024.903149.73006144.502孕穗20-50-1007.917.454031.9480440.10532.20624.30746.4300838.50930.601022.701149.83501241.9013340141.92801520.101647.235017抽穗20-50-907.24001832.801925.602048.43002141.202249.283.20237602435.49014.22582.80261.577.102769.902862.702955.503048.3071乳熟10-40-50642.30236.30330.30424.30518.30612.30736.3300830.30924.301018.301112.3012黄熟湿润4.813141510164.117181920464.9307.323080.1（未包含黄熟期耗水）校核：和7月11号淹灌水层相符，计算无误。浇灌制度以下表：Q灌区设计年早稻生育期设计浇灌制度表灌水次数灌水日期灌水定额mmm3/亩1(泡田)4月13日1057024月27日2013.33 35月2日2013.33 45月31日3020.00 56月7日3020.00 66月11日3523.33 76月16日3523.33 86月20日3020.00 97月7日3020.00 浇灌定额335223.33 二、 棉花浇灌制度制订1、 先统计有效降雨量有效降雨为。当旬内有接连两天或两天以上降雨时，看做一次降雨，将其累加，如不是则就为一次降雨。当一次降雨小于5mm时，为0；当一次降雨在550mm时，取为0.9；当一次降雨大于50mm时，取为0.75。由此可得入渗有效降雨量以下表棉花有效降雨量统计生育阶段月份旬 起止日期 P0 mm m3/ 亩幼苗期4下旬4.21-4.304.773.185上旬5.1-5.1099.7566.5中旬5.11-5.2035.4623.64下旬5.21-5.3119.1712.786上旬6.1-6.1017.3711.58中旬6.11-6.1600现蕾期下旬6.17-6.3076.1450.767上旬7.1-7.1000中旬7.11-7.2012.698.46下旬7.21-7.2823.1315.42开花结铃期8上旬7.29-8.1019.8913.26中旬8.11-8.2012.788.52下旬8.21-8.2600吐絮期9上旬8.27-9.106.574.38中旬9.11-9.2000下旬9.21-9.3019.8913.2610上旬10.1-10.1043.4728.98中旬10.11-10.2039.8726.58下旬10.21-10.315.583.7211上旬11.1-11.6002、 确定棉花浇灌制度棉花全生育期需水量为即其各生育阶段需水量为各生育阶段地下水补给量为因为计划湿润层增加而增加水量求出各个阶段每日需水量，地下水补给量，因为计划湿润层增加而增加水量，再乘以各个旬天数，得到各旬量。再以旬为单位进行浇灌制度计算。计划湿润层最大、最小蓄水量：棉花各个生育阶段耗水量计算表生育阶段幼苗期现蕾期开花结铃期吐蕾期全生育期起止日期21/416/617/628/729/726/827/86/1121/46/11天数57422972200总需水量ET320.4模比系数18302428100阶段需水量57.67296.1276.89689.712320.4每日需水量1.012 2.289 2.652 1.246 地下水补给量占作物需水量（%）10202225地下水补给量5.767 19.224 16.917 22.428 每日地下水补给量0.101 0.458 0.583 0.312 计划湿润层深（m）0.40.50.50.60.60.70.7计划湿润层增加而增加水量(WT)16.00816.00816.00816.008天天增加水量0.281 0.381 0.552 0.222 自作物生长早期土壤计划湿润层储水量W0，逐旬减去（ET-WT-K），当遇有降雨时再加上降雨入渗量P0，既得计划湿润层实际储水量（W）。当W靠近于Wmin时，即进行灌水。灌水定额大小要合适，不应使灌水后土壤储水量大于Wmax。如此继续进行就得全生育期各次灌水定额、灌水时间和灌水次数。Q灌区设计年棉花生育期浇灌制度计算表生育期日期日期天数计划湿润层储水量上限（m3/亩）储水量下限（m3/亩）消耗降雨实际储水量（m3/亩）灌水量（m3/亩）排水量（m3/亩）逐旬需水量ET（m3/亩）计划湿润层增加而取得水量WT（m3/亩）地下水补给量K（m3/亩）净消耗量ET-WT-K（m3/亩）逐旬有效降雨（mm）逐旬有效降雨（m3/亩）月旬(2)（1）(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)(14)播前4.200.4102.000 幼苗期4下旬4.21-4.30100.5140.870 98.609 10.122.811.016.34.773.1898.880 00.000 5上旬5.1-5.101010.122.811.016.399.7566.5140.870 018.210 中旬5.11-5.201010.122.811.016.335.4623.64140.870 017.340 下旬5.21-5.311111.1323.0911.1116.9319.1712.78140.870 05.850 6上旬6.1-6.101010.122.811.016.317.3711.58140.870 05.280 中旬6.11-6.1666.0721.6860.6063.7800137.090 00.000 现蕾期下旬6.17-6.30140.6169.044 118.331 32.0465.3346.41220.376.1450.76167.550 00.000 7上旬7.1-7.101022.893.814.5814.500153.050 00.000 中旬7.11-7.201022.893.814.5814.512.698.46147.010 00.000 下旬7.21-7.28818.3123.0483.66411.623.1315.42150.830 00.000 开花结铃期8上旬7.29-8.10130.7197.219 138.053 34.4766.7867.57920.11119.8913.26143.979 00.000 中旬8.11-8.201026.525.225.8315.4712.788.52197.030 600.000 下旬8.21-8.26615.9123.1323.4989.28200187.748 00.000 吐絮期9上旬8.27-9.10150.7197.219 138.053 18.693.334.6810.686.574.38181.448 00.000 中旬9.11-9.201012.462.223.127.1200174.328 00.000 下旬9.21-9.301012.462.223.127.1219.8913.26180.468 00.000 10上旬10.1-10.101012.462.223.127.1243.4728.98197.219 05.109 中旬10.11-10.201012.462.223.127.1239.8726.58197.219 019.460 下旬10.21-10.311113.7062.4423.4327.8325.583.72193.107 00.000 11上旬11.1-11.667.4761.3321.8724.27200188.835 00.000 累计192.937291.026071.249 Q灌区设计年棉花生育期设计浇灌制度表灌水次数灌水日期灌水定额mmm3/亩1(播前灌)4月20日16.04 10.70 28月11日90.00 60.00 浇灌定额106.04 70.70 三、 灌水率计算得出修正前灌水率图：得出修正后灌水率图：四、 浇灌渠系计划部署本灌区浇灌渠道分为干、支、斗、农四级固定渠道。本灌区属山区、丘陵区灌区。渠道部署如附图所表示。第三支渠浇灌面积适中，可作为经典支渠，该支渠左右各有10条斗渠，斗渠长1655m。每条斗渠有8条农渠，长500m,间距200m。图所表示。 1、 渠道设计流量计算1.1 确定工作制度干支渠续灌，斗、农轮灌（各分两组）。1.2 经典支渠设计流量计算灌区总面积约为12万亩，各支渠长度及浇灌面积列入下表。渠别一支二支三支四支累计长度（km）5.735.355.436.1922.7浇灌面积（万亩）1.7334.312（1）计算农渠设计流量 三支渠田间净流量为：浇灌制度为干支渠续灌，斗农渠分两组轮灌，同时工作斗渠有10条，同时工作农渠有8条，所以，农渠田间净流量为：去田间水利用系数，则农渠净流量为：先算3支渠左侧浇灌面积农渠，斗渠设计流量，右侧等同于左侧，算3支渠设计流量时只需由左侧算出支渠设计流量乘以2既得。灌区土壤属于中粘壤土，查得，可计算出农渠每公里输水损失系数：农渠毛流量或设计流量为：（2）（2）计算斗渠设计流量 因为一条斗渠内同时工作农渠有4条，所以，斗渠净流量等于4条农渠毛流量之和：农渠分两组轮灌，各组要求斗渠供给净流量相等。不过，第二轮灌组距斗渠进水口较远，输水损失量较多，据此要求得斗渠毛流量较大，所以，以第二轮灌组灌水时需要斗渠毛流量作为斗渠设计流量。斗渠平均工作长度为：斗渠每公里输水损失系数为：斗渠毛流量或设计流量为：（3）计算三支渠设计流量 斗渠也是分两组轮灌，以第二轮灌组要求支渠毛流量作为支渠设计流量。支渠平均工作长度为：支渠净流量为：支渠每公里输水损失系数为：支渠毛流量为：2、计算3支渠浇灌水利用系数3、计算一，二、四支渠设计流量（1）计算一，二、四支渠田间净流量（2）计算一，二、四支渠设计流量 以经典支渠（三支渠）浇灌水利用系数作为扩大指标，用来计算其它支渠设计流量。4、推求干渠各段设计流量（1）CD段设计流量（2）BC段设计流量（2）AB段设计流量（3）OA段设计流量浇灌渠道断面设计干渠可采取粗糙混凝土抹面护面，n=0.017。1、 求OA段横断面：由渠道部署图能够得到渠道比降，。采取梯形渠道水力最优断面：水深为：渠道设计底宽为：断面面积为：流速为：不冲流速为：为了预防渠道长草，影响输水能力，对渠道最小流速仍有一定限制，通常要求大型渠道平均流速大于0.5m/s，小型渠道平均流速大于0.3到0.4m/s，所以满足要求。 所以干渠OA段设计断面尺寸为：再求加大水深：加大流量为：而设计流量为7.83m/s,所以J=1.20-1.25取1.25。所以渠道底宽已经确定，所以能够试算求出加大水深 安全超高堤顶宽度为：干渠AB，BC，CD段全部采取梯形水力最优断面计算,算法和OA段一样，其结果列以下表：渠段Q(m3/s)渠道比降ib(m)设计水深 (m)加大水深（m）安全超高h(m)堤顶宽度D（m）设计流速V(m/s)OA7.830.0011.111.591.760.642.061.60AB6.550.00150.961.371.520.581.821.78BC4.580.00160.831.191.340.541.641.66CD2.660.00070.791.131.270.521.571.06经校核皆满足，说明以上尺寸全部满足要求。为了满足自流浇灌要求，各级渠道入口处全部应含有足够水位。式中：渠道进水口处设计水位，m；渠道浇灌范围内控制点地面高程，m；控制点地面和周围末级固定渠道设计水位高差，取0.1m；渠道长度，m；渠道比降；水流经过渠系建筑物水头损失（m），可查表。A 对于干渠： 所以：横断面形式以下图所表示：